20# 이음매 없는 강관은 GB3087-2008 “저압 및 중압 보일러용 이음매 없는 강관”에 지정된 재료 등급입니다. 각종 저압 및 중압 보일러 제작에 적합한 고품질 탄소구조강 이음매 없는 강관입니다. 일반적이고 대용량의 강관 소재입니다. 한 보일러 설비 제조사가 저온 재열기 헤더를 제작하던 중 수십 개의 배관 조인트 내면에 심각한 횡균열 결함이 발견됐다. 파이프 조인트 재질은 Φ57mm×5mm 규격의 20강을 사용하였다. 균열된 강관을 검사하고, 결함 재현 및 횡균열 원인 파악을 위해 일련의 테스트를 실시하였습니다.

1. 균열특성 분석
균열 형태: 강관의 길이 방향을 따라 분포하는 횡방향 균열이 많이 있음을 알 수 있다. 크랙이 가지런히 정리되어 있습니다. 각 균열에는 물결 모양의 특징이 있으며 세로 방향으로 약간 휘어져 있고 세로 긁힘이 없습니다. 균열과 강관 표면 사이에는 일정한 편향각과 일정한 폭이 있습니다. 균열 가장자리에는 산화물과 탈탄이 있습니다. 바닥이 뭉툭하고 팽창의 흔적이 없습니다. 매트릭스 조직은 일반 페라이트+펄라이트로 띠 모양으로 분포하며 결정립 크기는 8이다. 균열의 원인은 강관 제작 시 강관 내벽과 내부 금형 사이의 마찰로 인해 발생한다. 강철 파이프.

균열의 거시적 및 미시적 형태학적 특성으로 볼 때, 강관의 최종 열처리 이전에 균열이 발생한 것으로 유추할 수 있다. 강관은 Φ90mm 원형 튜브 빌렛을 사용합니다. 그것이 겪는 주요 성형 공정은 열간 천공, 열간 압연 및 직경 감소, 그리고 두 가지 냉간 드로잉입니다. 구체적인 공정은 Φ90mm 원형 튜브 빌렛을 Φ93mm×5.8mm 거친 튜브로 압연한 다음 열간 압연하여 Φ72mm×6.2mm로 줄이는 것입니다. 산세 및 윤활 후 첫 번째 냉간 인발이 수행됩니다. 냉간 신선 후 사양은 Φ65mm×5.5mm입니다. 중간 어닐링, 산세, 윤활 후 2차 냉간 인발을 실시합니다. 냉간 신선 후의 사양은 Φ57mm×5mm입니다.

생산 공정 분석에 따르면 강관 내벽과 내부 금형 사이의 마찰에 영향을 미치는 요인은 주로 윤활 품질이며 강관의 소성과도 관련됩니다. 강관의 가소성이 열악하면 인발균열이 발생할 가능성이 크게 높아지며, 가소성이 떨어지는 것은 중간응력완화 어닐링 열처리와 관련이 있습니다. 이를 토대로 냉간 신선 공정에서 균열이 발생할 수 있음을 유추할 수 있다. 또한, 균열이 크게 벌어지지 않고 뚜렷한 팽창의 징후도 없기 때문에 균열이 형성된 이후에는 2차 드로잉 변형의 영향을 받지 않았다는 의미이므로 더욱 유추해 볼 수 있는 것은 다음과 같다. 균열이 발생하는 시간은 2차 냉간 신선 공정이어야 합니다. 가장 큰 영향을 미치는 요인은 윤활 불량 및/또는 응력 완화 어닐링 불량입니다.

균열의 원인을 규명하기 위해 강관 제조사와 협력하여 균열 재현 시험을 실시하였다. 이상의 분석을 바탕으로 다음과 같은 시험을 실시하였다. 천공 및 열간압연 직경 감소 공정을 그대로 유지한 상태에서 윤활 및/또는 응력완화 어닐링 열처리 조건을 변경하고 인발강관을 검사하여 다음과 같은 시험을 실시하였다. 동일한 결함을 재현해 보십시오.

2. 테스트 계획
윤활 공정 및 어닐링 공정 매개변수를 변경하여 9가지 테스트 계획이 제안되었습니다. 그 중 일반 인산염 처리 및 윤활 시간 요구 사항은 40분, 일반 중간 응력 제거 어닐링 온도 요구 사항은 830℃, 일반 절연 시간 요구 사항은 20분입니다. 테스트 공정에서는 30t 냉간 인발 장치와 롤러 바닥 열처리로를 사용합니다.

3. 테스트 결과
상기 9가지 방안으로 제작된 강관을 검사한 결과, 방안 3, 4, 5, 6을 제외한 나머지 방안에서는 모두 다양한 정도의 요동균열이나 횡균열이 있는 것으로 나타났다. 그 중 계획 1에는 환형 단계가 있습니다. 계획 2와 8에는 가로 균열이 있었고 균열 형태는 생산에서 발견된 것과 매우 유사했습니다. 구성표 7과 9는 흔들렸지만 가로 균열은 발견되지 않았습니다.

4. 분석 및 토론
일련의 테스트를 통해 강관 냉간 인발 공정 중 윤활 및 중간 응력 완화 어닐링이 완성된 강관의 품질에 중요한 영향을 미친다는 것이 충분히 검증되었습니다. 특히, 반응식 2와 8은 위의 생산에서 발견된 강관 내벽의 동일한 결함을 재현했습니다.

방안 1은 인산염피막 및 윤활공정을 거치지 않고 열간압연된 소경 모관에 1차 냉간인발을 실시하는 것이다. 윤활 부족으로 인해 냉간 인발 공정 중에 필요한 하중이 냉간 인발 기계의 최대 하중에 도달했습니다. 냉간 인발 과정은 매우 힘들다. 강관의 흔들림과 금형과의 마찰로 인해 튜브 내벽에 뚜렷한 단차가 발생하여 마더 튜브의 가소성이 좋을 때 윤활되지 않은 드로잉이 악영향을 미치더라도 쉽게 발생하지 않음을 나타냅니다. 가로 균열. 반응식 2에서는 인산염 처리 및 윤활성이 불량한 강관을 중간 응력완화 어닐링 없이 연속적으로 냉간인발하여 유사한 횡균열을 발생시킨다. 그러나, Scheme 3에서는 중간 응력완화 어닐링 없이 인산염 처리 및 윤활성이 양호한 강관의 연속 냉간 인발에서는 결함이 발견되지 않았으며, 이는 윤활 불량이 횡균열의 주요 원인임을 일차적으로 시사한다. 반응식 4~6은 양호한 윤활성을 보장하면서 열처리 공정을 변경한 것으로, 결과적으로 인발 결함이 발생하지 않았으며, 이는 중간 응력 제거 어닐링이 횡방향 균열 발생을 일으키는 주요 요인이 아님을 나타냅니다. 반응식 7~9는 열처리 공정을 변경하면서 인산염 처리 및 윤활 시간을 절반으로 줄인다. 그 결과, 반응식 7과 9의 강관에는 요동선이 생기고, 반응식 8에서도 유사한 횡균열이 발생한다.

위의 비교 분석에 따르면 윤활 불량 + 중간 어닐링 없음 및 윤활 불량 + 중간 어닐링 온도가 낮은 경우 모두 횡방향 균열이 발생하는 것으로 나타났습니다. 윤활 불량 + 중간 어닐링 양호, 윤활 양호 + 중간 어닐링 없음, 윤활 양호 + 중간 어닐링 온도가 낮은 경우, 셰이크 라인 결함이 발생하더라도 강관 내벽에 횡균열이 발생하지 않습니다. 윤활 불량이 횡균열의 주요 원인이고 중간 응력 제거 어닐링 불량이 보조 원인입니다.

강관의 인발 응력은 마찰력에 비례하기 때문에 윤활이 불량하면 인발력이 증가하고 인발 속도가 감소합니다. 강관을 처음 인발할 때는 속도가 느립니다. 속도가 특정 값보다 낮으면, 즉 분기점에 도달하면 맨드릴이 자려 진동을 생성하여 흔들림 선이 발생합니다. 윤활이 부족한 경우, 드로잉 시 표면(특히 내면) 금속과 다이 사이의 축방향 마찰이 크게 증가하여 가공 경화가 발생합니다. 강관의 후속 응력 완화 어닐링 열처리 온도가 불충분하거나(예: 시험에서 설정한 약 630℃) 어닐링을 하지 않으면 표면 균열이 발생하기 쉽습니다.

이론적 계산(최저 재결정 온도 ≒ 0.4×1350℃)에 따르면 20# 강의 재결정 온도는 약 610℃입니다. 소둔온도가 재결정온도에 가까우면 강관이 완전히 재결정되지 못하고 가공경화가 제거되지 않아 재료의 소성이 나빠지고 마찰시 금속의 흐름이 차단되어 금속의 내외층이 심하게 손상된다. 불균일하게 변형되어 큰 축방향 추가 응력이 발생합니다. 그 결과, 강관 내면 금속의 축방향 응력이 한계를 초과하여 균열이 발생하게 된다.

5. 결론
20# 이음매 없는 강관 내벽의 횡균열 발생은 인발 시 윤활 불량과 중간 응력 완화 어닐링 열처리(또는 어닐링 없음)가 불충분한 복합적인 영향으로 발생합니다. 그 중 윤활 불량이 주요 원인이며, 중간 응력 완화 어닐링 불량(또는 어닐링 없음)이 보조 원인입니다. 유사한 결함을 방지하기 위해 제조업체는 작업장 운영자에게 생산 시 윤활 및 열처리 공정과 관련된 기술 규정을 엄격히 준수하도록 요구해야 합니다. 또한, 롤러바닥 연속소둔로는 연속소둔로이기 때문에 상하차가 편리하고 빠르지만, 로 내에서 사양과 크기가 다른 재료의 온도와 속도를 제어하기가 어렵다. 규정에 따라 엄격히 이행하지 않을 경우 소둔 온도가 불균일하거나 시간이 너무 짧아 재결정이 부족해 후속 생산 불량으로 이어지기 쉽습니다. 따라서 열처리를 위해 롤러 바닥 연속 소둔로를 사용하는 제조업체는 열처리의 다양한 요구 사항과 실제 작업을 제어해야 합니다.